[发明专利]一种厚电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种厚电极及其制备方法和应用。所述制备方法包括以下步骤：(1)将电极浆料涂覆于电极集流体表面，烘烤，得到半固态涂层厚电极；(2)对步骤(1)所述半固态涂层厚电极中的半固态涂层进行微米级开槽处理，烘干，辊压，得到所述厚电极。本发明通过在电极半固态涂层状态下进行微米级开槽处理，既避免了电极活性材料结构被破坏，且无需在电极浆料中额外加入其他物质，又能得到均匀分布的沟槽，得到了能量密度高、倍率性能好且循环性能优异的厚电极结构，且制备方法简单，生产效率高，环境友好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种厚电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着新能源电动汽车对续航里程和充电速度的不断需求，开发高能量密度动力电池已成为行业发展的主流方向。电池能量密度的提升主要包含以下策略：①高比容量材料开发及应用，例如正极采用富锂材料和高镍三元材料，负极采用高容量硅碳负极和锂金属负极等；②高性能电解液开发；③高性能粘结剂开发；④厚电极技术开发。

其中，开发厚电极技术是提高电池能量密度最为简单和直接的方法。电极厚度的增加可显著提高活性材料占比，同时可提高电池生产效率和降低成本。然而随着电极厚度的增加，极片机械强度减弱、曲折度增加、电阻升高、倍率性能和循环性能显著恶化。为了提高厚电极倍率性能，对厚电极进行造孔是目前较为有效的策略方法。

文献1(Journal of Industrial and Engineering Chemistry,70,178-185)利用飞秒级激光技术对厚电极进行刻蚀造孔，与常规非造孔电极相比，造孔厚电极内阻显著降低，倍率和循环性能显著提升。CN103515607A采用偶氮化合物或磺酰肼类化合物作为造孔剂，造孔剂与其他材料一起搅拌分散，随后热处理使造孔剂分解获得多孔负极片，改善负极倍率性能。CN102655229A采用苯甲酸、草酸和奈丸等作为造孔剂，将造孔剂溶剂喷涂涂布极片表面，极片辊压后进行热处理使造孔剂分解，获得多孔电极。上述方法虽然均可显著改善厚电极动力学性能，但是均存在一些较为严重的问题，如采用激光法造孔存在生产效率低、设备投入大、活性材料结构破坏、电池自放电严重等问题；采用造孔剂造孔存在浆料不稳定、造孔剂残留、造孔剂分解有害气体、造孔程度低且不可控等问题。

因此，如何得到高功率的厚电极且不影响电极结构，环境友好，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种厚电极及其制备方法和应用。本发明通过在电极半固态涂层状态下进行微米级开槽处理，既避免了电极活性材料结构被破坏，且无需在电极浆料中额外加入其他物质，又能得到均匀分布的沟槽，得到了能量密度高、倍率性能好且循环性能优异的厚电极结构，且制备方法简单，生产效率高，环境友好。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种厚电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将电极浆料涂覆于电极集流体表面，烘烤，得到半固态涂层厚电极；

(2)对步骤(1)所述半固态涂层厚电极中的半固态涂层进行微米级开槽处理，烘干，辊压，得到所述厚电极。

本发明提供的电极浆料，均为常规电极浆料的配制，包括活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，上述物质均为常规技术选择，例如活性物质包括正极活性物质和负极活性物质，正极活性物质包括但不限于LiMn2O₄、LiFePO₄、LiNi_1-x-yCo_xMn_y(NCM)、LiCoO₂或LiNi_1.5Mn_0.5等，负极活性物质包括但不限于石墨、硬碳、软碳、硅基或锡基等，粘结剂包括但不限于聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、羧甲基纤维素或聚丙烯腈等，导电剂包括但不限于导电炭黑、碳纳米管或碳纳米纤维等。